Использование тонкодисперсного гидратированного оксида алюминия позволяет извлекать галогены из природных вод и удалять галогенсодержащие загрязнения из растворов. Показано, что процессами адсорбции галогенид-ионов на Al2O3 можно управлять при изменении pH среды, модифицировании поверхности адсорбента, наложении физических воздействий.

Представлено теоретическое обоснование исследования адсорбции 3d-металлов, в ряду от Ti до Cu на поверхности a-Al2O3(0001). Рассмотрено влияние адсорбатов на атомную и электронную структуру поверхности оксида алюминия. Рассчитаны значения энергии адсорбции и определены равновесные положения адатомов на поверхности. Проведен сравнительный анализ свойств и механизмов взаимодействия 3d-металлов с атомами подложки.

Исследовано поведение при деформации сжатием и сдвигом пористых, 10-70 %, образцов из оксида алюминия и диоксида циркония. Анализ кривых «напряжение - деформация» показал, что имеет место переход от типично хрупкого разрушения для относительно плотных образцов обоих составов до псевдопластичного при высоком уровне пористости. Значения предела прочности при сжатии, эффективных модулей упругости и сдвига, а также коэффициента Пуассона уменьшаются с увеличением объёма порового пространства керамических образцов, что коррелирует с появлением в них множественного растрескивания, формирующегося в ходе деформации.

Описан сорбционный материал на основе ацетилцеллюлозных микроволокон, модифицированных частицами наноструктурного оксигидроксида алюминия и изучена его микробиологическая активность. Приведены данные об эффективности адсорбции микроорганизмов различной морфологии и размера, а также бактериального эндотоксина (БЭ) из водных сред.

Исследованы свойства керамики, полученной из смесей с различным соотношением крупно- и нанокристаллических порошков оксида алюминия. Показано, что увеличение содержания плазмохимического порошка приводит к активации диффузионных процессов в процессе спекания и росту плотности образцов, особенно при низких плотностях прессовок и при высоких температурах спекания. Установлена линейная зависимость пористости от усадки для исследуемой керамики.

Представлены результаты систематического анализа атомной и электронной структуры границ раздела для двух серий изоэлектронных металлов в зависимости от окончания оксидной подложки и конфигурации металлических пленок. Расчеты выполнены методом псевдопотенциала в плосковолновом базисе. Рассчитана энергия адгезии металлических пленок в зависимости от плоскости разрыва. Показано, что энергия адгезии максимальная на кислородном интерфейсе, что обусловлено ионной составляющей в химической связи на данной границе раздела. Для алюминиевого и обогащенного алюминием интерфейса характерен металлический тип связи. Проведен анализ локальных плотностей электронных состояний и зарядового распределения вблизи границ раздела. Показано, что появление кислородных вакансий на границах раздела существенно ослабляет адгезию за счет частичного разрыва Me-O-связей.

Исследованы свойства оксигидроксидов алюминия (ОГА), полученных окислением электровзрывного ультрадисперсного (нано-) порошка алюминия водой (55 оС) с последующим прокаливанием исходного образца в температурном интервале 100-1150 оС. Такие материалы нашли применение в качестве высокоэффективных адсорбентов для тонкой комплексной очистки воды. С использование методов рентгеноструктурного, термического анализа и порометрии определены основные структурные характеристики образцов. Установлено, что исходный ОГА содержит две модификации - псевдобемит и байерит. В зависимости от условий термообработки наблюдаются следующие фазовые переходы: байерит -n-Al2O3 -Q-Al2O3 - a-Al2O3 и псевдобемит -y-All2o3 - b-Al2O3 - Q-Al2O3 - a-Al2O3. Оксигидроксиды, полученные при относительно низких температурах прокаливания, характеризуются высокой удельной поверхностью и наличием микропористой структуры. Повышение температуры прокаливания приводит к исчезновению микропор и увеличению объема и размера мезопор.

Представлены результаты исследований структуры, рентгенофазового анализа и механических свойств материалов на основе алюминия, полученных методом ударно-волнового компактирования. Показано, что такой метод позволяет получать образцы с плотностью, близкой к теоретической, и высокими значениями механических свойств.

Изучено поведение при сжатии керамики AI2О3 с объемом порового пространства от 35 до 60% с иерархической поровой структурой трех видов: крупной пористости размером 80—100мю m, мелкой пористости размером 14— 15мю m и промежуточной межблочной пористости, включающей протяженные (110—120мю m) поровые микроканалы, образованные в результате зонального обособления при спекании. Показано, что полученная иерархическая поровая структура обусловливает формирование иерархической деформационной структуры в объеме керамики и приводит к понижению масштаба процессов разрушения от макроскопического в случае унимодальной керамики до микромасштабного разрушения, сравнимого с размерами сформировавшихся при спекании блоков.

Проведено модифицирование наноструктруного оксигидроксида алюминия частицами коллоидного серебра с целью предотвращения микробиологического обрастания сорбционного материала. полученные частицы серебра стабилизируются за счет адсорбции на нанопластинах оксигидроксида алюминия. Показано, что модифицирование сорбента коллоидным серебром не приводит к снижению сорбционной емкости по отношению к микроорганизмам.

В рамках многоуровневого подхода физической мезомеханики проведено исследование влияния неравновесной структуры 2D объектов на основе гидроксида алюминия на макроскопический отклик — адсорбционные свойства. На основе молекулярно-динамического моделирования исследована природа избирательной адсорбции рассмотренных низкоразмерных структур. Анализируется роль дефектов и структурных элементов — полярных функциональных групп. На примере модельных ионов и эндотоксина показан селективный характер адсорбции. Обсуждаются перспективы биомедицинских приложений полученных результатов.??.

В работе на молекулярном уровне исследовано взаимодействие заряженных и нейтральных биомолекул с 2D-наноструктурами оксигидроксида алюминия, характеризующимися кривизной и дефектностью. С использованием управляемой молекулярной динамики и анализа потенциала средней силы получены количественные результаты, характеризующие адсорбционные свойства поверхности нанолиста оксигидроксида алюминия АlOОН по отношению к типичным представителям анионных, катионных и незаряженных биомолекул — аминокислотных остатков. Результаты проанализированы и сопоставлены с литературными данными и собственными результатами предшествующих работ. С использованием несмещенной молекулярной динамики оценены функции радиального распределения между различными парами атомов поверхности нанолиста АlOОН и адсорбата, исследовано влияние кривизны и поверхностных дефектов в виде вакансий гидроксильных групп на взаимодействие указанного наноматериала с моновалентными ионами. По результатам комбинированного молекулярно-динамического и квантово-механического расчета выявлены характерные элементы структуры различной кривизны нанолиста АlOОН, оценено влияние краевых зон в форме складки на локальные электростатические свойства наноматериала. Обсуждаются роль указанных факторов в селективной адсорбции наноматериала и перспективные направления численных и экспериментальных исследований в этом направлении. Работа является продолжением цикла исследований, посвященных синтезу, характеризации и применению низкоразмерных наноструктур со сложной морфологией на основе слоистого (окси)гидроксида алюминия в биомедицинских приложениях и материаловедении.

Исследовано влияние отжигов и последующей низкоэнергетической механической обработки в шаровой мельнице на морфологическое строение, фазовый состав, площадь удельной поверхности и удельного объема нанопор плазмохимических порошков ZrO2-Al2O3-Y2O3. Показано, что превращения, происходящие в порошке под воздействием температуры и механической обработки, приводят к изменению площади удельной поверхности и удельного объема нанопор.

The molecular investigation of the interaction of charged and neutral biomolecules with 2D-nanostructures of aluminum oxyhydroxide characterized by curvature and defects is performed. Steered molecular dynamics and the potential of mean force analysis are used for quantitative assessment of adsorption properties of the aluminum oxyhydroxide (AlOOH) nanosheet surface for typical representatives of anionic, cationic and uncharged biomolecules-amino acid residues. The results are analyzed and compared with the literature data and own previous results. Unbiased molecular dynamics is employed to estimate radial distribution functions of different atom pairs of the AlOOH nanosheet surface and adsorbate surface as well as to study how curvature and surface defects in the form of vacancies of hydroxyl groups influence the interaction of the nanomaterial with monovalent ions. The combined molecular dynamics and quantum mechanical calculation reveals characteristic structural elements with different curvature of the AlOOH nanosheet and enables an estimation of the effect of edge zones in the form of folds on local electrostatic properties of the nanomaterial. The role of these factors in the selective adsorption of nanomaterials and future directions of numerical and experimental studies are discussed. The work is a further investigation into the synthesis, characterization, and application of low-dimensional nanostructures with complex morphology based on layered aluminum (oxy)hydroxide in biomedicine and materials science.

The effect of the nonequilibrium structure of 2D aluminum hydroxide-based objects on the macroscopic response (adsorption properties) is studied in the physical mesomechanics framework. Molecular dynamics simulation is performed to examine the nature of selective adsorption of the considered low-dimensional structures. The role of defects and structural elements, such as polar functional groups, is analyzed. Model ions and endotoxin are used to illustrate the selective character of adsorption. Prospects for biomedical applications of the obtained results are discussed.

Исследована адсорбция нефти, дизельного топлива и бензина в динамических условиях при пропускании водных эмульсий через чередующиеся слои двух типов адсорбентов - высокодисперсного порошкового на основе оксидно-гидроксидных фаз алюминия и базальтового волокна. Установлено, что независимо от типа нефтепродуктов их адсорбция описывается общей линейной изотермой. Показано, что два слоя порошкового адсорбента и три слоя высокоемкого волокнистого адсорбента позволяют очищать эмульсии с исходным содержанием 230-300 мг/л до уровня требований санитарных норм.

В монографии представлены результаты исследований по одному из основных научных направлений "Фундаментальные закономерности, физико-математические и структурные модели синтеза и функциональные свойства нанокристаллических частиц, материалов и покрытий" Научно-образовательного центра Томского госуниверситета "Физика и химия высокоэнергетических систем", организованного по гранту Фонда гражданских исследований и развития (CRDF) российско-американской программы "Фундаментальные исследования и высшее образование" (BRHE). Исследования посвящены проблемам синтеза наночастиц в конденсированных средах, компьютерному моделированию формирования биметаллических нанотрубок и их поведения в условиях внешних воздействий, закономерностей деформации и разрушения наноматериалов при динамическом нагружении, экспериментальным исследованиям механических свойств нанокристаллических металлических и керамических материалов при различных условиях нагружения. Для специалистов в области создания нанотехнологий и наноматериалов конструкционного назначения, а также студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

Рассмотрены современные методы исследования структуры. фазового состава, механических и физико-химических свойств стеклокристаллических материалов и керамики, повергшихся различным воздействиям. Изучены структура. механические и физико-химические свойства литиевоалюмосиикатных фотоситаллов, модифицированных добавками оксидов щелочноземельных металлов. Приведены результаты исследования механических, термических, диэлектрических и технологических свойств светочувствительных стекол и фотоситаллов после введения оксидов щелочных металлов и оксида алюминия. определены условия аморфизации стеклокристаллических материалов и керамики, подвергшихся обработке лучами лазера. Книг может быть полезна исследователям, занимающимся разработкой новых аморфно-кристаллических конструкционных материалов, материаловедам, а также аспирантам и студентам вузов соответствующих специальностей.

Проведены экспериментальные исследования по влиянию нефтяных загрязнений на активность почвенной микрофлоры. Концентрация нефти в почве до 5% стимулирует рост аборигенной микрофлоры. Введение питательного азотистого субстрата в загрязненную почву, увеличивает численность и окислительную активность микроорганизмов. Деструкция насыщенных углеводородов нефти в течение 30 суток составляет при этом 80-90%. Увеличение концентрации нефтезагрязнения почвы до 10%, оказывает угнетающее действие на почвеннй биоценоз. Процессы окисления углводородов незначительны.

Полнопотенциальным методом присоединенных плоских волн рассчитана электронная структура AL2O3 в структуре корунда в объеме и на поверхности (0001). используется также псевдопотенциальный подход и несколько приближений для обменно-корреляционного потенциала. Показано, что расчет воспроизводят структурные свойства в согласи с экспериментом. Обсуждается влияние релаксации поверхности на структуру поверхностных состояний.

Предложен новый метод получения термостойкого оксида циркония в слоистом композиционном покрытии на сплаве меди. Метод заключается в высоковольтном импульсном воздействии на образец, помещенный в раствор электролита, в результате которого происходит модификация поверхностного слоя циркония без участия нижних слоев подложки с последующим образованием оксида. характеризующегося повышенной термостойкостью. Подобные покрытия могут быть использованы, например, на внутренней обшивке сопла в двигателях для аэрокосмической промышленности.

В работе изучены керамические образцы, синтезированные из высокодисперсных порошков на основе ZrO2. Методом рентгеноструктурного анализа исследованы параметры тонкой кристаллической структуры и фазовый состав на поверхности после спекания и в объеме. Установлено, что размер кристаллитов слабо зависит от количества стабилизирующий добавки. С увеличением оксид магния в системе происходит уменьшение доли высокотемпературной кубической фазы. В объеме материала во всех образцах наблюдалось уменьшение кубической модификации ZrO2 и возрастание количества моноклинной. Наблюдалось уменьшение размера кристаллитов моноклинного и кубического ZrO2 и возрастание микродисторсии.

Методом магнетронного распыления в режиме постоянного тока и импульсном режиме получены покрытия на основе Zr-Y-O с различной концентрацией Y. Методами рентгеноструктурного анализа и масс- спектрометрии вторичных ионов исследован химический и фазовый состав покрытий. Выявлено влияние режимов осаждения покрытий на их термоциклическую стойкость.

Представлены результаты дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрического анализа нанокристаллических порошковых системна основе диоксида циркония. Установлено, что процесс нагрева сопровождается интенсивной потерей массы, возрастающей с увеличением содержания MgO. Дифференциальная сканирующая калориметрия показала, что общее количество энергии, затрачиваемое на протекание реакций в процессе нагрева порошков, увеличивается с ростом содержания оксида магния. Для исследованных порошков характерна десорбция воды, а при содержании оксида магния более 10 вес.%, наблюдается разложение остаточных нитратов.

Представлены результаты рентгенофазового анализа и механических испытаний на сжатие горячепрессованных композитов Ai-Al43 при двух содержаниях углерода, вводимого в исходную порошковую смесь. Показано, что образующийся при горячем прессовании карбид алюминия приводит к увеличению предела текучести и эффективного модуля упругости тем больше, чем выше его содержание в композите.

Создан композиционный материал на основе нановолокнистого оксигидроксида алюминия, активированного наночастицами металлов (Ag, Co, Fe, Cu). Изучены его каталитические свойства в реакции окисления изопропилбензола. Показано, что оксогидроксид алюминия можно использовать в качестве носителя при создании композиционных материалов. Процесс окисления изопропилбензола в присутствии активированного оксогидроксида алюминия проходит селективно с образованием преимущественно гидропероксида изопропилбензола.

Представлены результаты исследования микроструктуры и фазового состава титановых образцов с различным размером зерна (0.3; 1.5; 17 мкм), имплантированных ионами алюминия на источнике Mevva-V.RU. установлено, что в результате ионного облучения на основе зерен а-титана образуются полифазные имплантированные слои. Размеры, форма и места локализации вторичных фаз (TiO2, Ti2O, TiC, Ti3Al, Al3Ti) зависят от размера зерна титановой имплантируемой подложки. Обнаружено, что выделения наноразмерных зерен TiO2 наблюдаются преимущественно на дислокациях в объеме матричных зерен. Формирование Ti2O наблюдается целыми областями на титане с мезополикристаллическими зернами (17 мкм). Установлено, что упорядоченная фаза Ti3Al локализуется на глубине более 200 нм имплантированного слоя по границам титановой мишени.

Обнаружено явление возникновения деформационных доменов в поле векторов смещений на мезоуровне при растяжении поликристаллов алюминия с пористым керамическим покрытием, в которых квази-однородное движение дислокаций на микроуровне подавлено. деформационные домены классифицируются как мезодефекты, осуществляющие аккомодационную деформацию поворотного типа.

Получены новые катализаторы гидроочистки на основе электровзрывных нанопорошков молибдена, никеля и нитрида алюминия. Исследованы их физико-химические свойства, показана возможность прямого сульфидирования нанопорошков молибдена сернистыми соединениями прямогонной дизельной фракции нефти. Установлена высокая гидродесульфирующая способность нанопорошковых катализаторов.

Исследованы процессы прямого взаимодействия электровзрывных ультрадисперсных порошков алюминия с водой и свойства образующихся оксидно-гидроксидных фаз в зависимости от условий их последуцющего прокаливания. На основе результатов рентгенофазового, термогравиметрического анализа и электронной микроскопии рассмотрен механизм формирования ультрадисперсных оксидно-гидроксидных фаз алюминия. Приведены сведения о некоторых возможных областях применения полученных продуктов.

Исследованы процессы горения смесей ультрадисперсного электровзрывного порошка алюминия с водой, загущенной 3 %-й добавкой полиакриламида. Реакция в режиме горения сопровождается образованием перегретого вспенивающегося слоя в гелеобразной воде. Обнаружена неполнота сгорания алюминия в стехиометрической смеси, объясняемая выкипанием воды из реакционной зоны. Термопарными измерениями и расчетом по составу продуктов сгорания определены максимальные температуры горения в различных условиях. Показана возможность получения ультрадисперсного или монолитного корунда в качестве продукта реакции.

Проведена модификация поверхности полимерных волокон DRE-плазмой. Установлено, что DRE- обработка приводит к повышению смачиваемости и адгезионных характеристик поверхности полимерных волокон. Показана возможность использования полипропиленовых волокнистых материалов в качестве подложки для закрепления частиц оксигидроксида алюминия.

Методом просвечивающей дифракционной электронной микроскопии проведены исследования микроструктуры и фазового состава титанового става ВТ1-0, имплантированного ионами алюминия. Исследования выполнены на зернах двух типов; 1) крупные зерна (dcp = 1.4 мкм) и 2) мелкие зерна (dcp = 0.5 мкм). Рассчитана величина упрочнения для разного типа зерен по глубине ионно-легированного слоя.

Проведены исследования микроструктуры и фазового состава титанового сплава ВТ1-0, имплантированного ионами алюминия, на зернах двух типов: 1.4 и 0.4 мкм. Установлено, что в результате облучения образуется ионно-легированный слой, на основе зерен альфа-Ti. Размеры, форма и места локализации вторичных фаз (Ti3Al, Аl3Ti и ТiО2) зависят от размера зерна титановой матрицы. Рассчитана величина дисперсионного упрочнения.??.

Исследованы структура и фазовый состав порошков ZrO2 - MgO с содержанием MgO от 9 до 43 мол.%, полученных плазмохимическим методом, после отжига при температурах от 700 до 1400 °С. Проведены дифференциальная сканирующая калориметрия и термогравиметрический анализ порошков. Установлено, что в ходе нагрева потеря массы и энергия эндотермических реакций возрастают с увеличением содержания MgO. В исходном состоянии порошки при содержании более 25 мол.% MgO являются пересыщенными твердыми растворами кубического ZrO2. До 420 °С в порошках наблюдаются процессы десорбции воды и разложение остаточных нитратов. Эндотермический пик при высоких температурах обусловлен процессом дегидратации и распадом кубического твердого раствора ZrO2.

Изучены закономерности разрушения агломератов нанолистов оксигидроксида алюминия под действием электрогидравлического разряда. Показана более высокая, чем при ультразвуковом воздействии, эффективность диспергирования электрогидравлическим разрядом. Наибольшее влияние на эффективность разрушения агломератов нанолистов оказывает время выделения энергии, которое определяет интенсивность кавитационных процессов в воде. При выбранных параметрах электрических импульсов измельчения первичных наноструктур не отмечено.

Для регенерации трансформаторного и индустриального масел до уровня товарных предложены фильтры, представляющие собой комбинации полипропиленовых волокнистых сульфокислотных сорбентов с дисперсными ферромагнитными материалами. При использовании таких фильтров из производственного цикла исключается традиционная сернокислотная очистка.

Исследована поверхностная электронная структура а-Al2O3 (0001) и рассмотрена адсорбция меди и палладия на металлической поверхности базисной грани. рассчитаны значения энергии адсорбции и определены наиболее предпочтительные равновесные положения адсорбатов на поверхности. Обсуждается механизм взаимодействия переходных металлов с подложкой.

Установлена возможность использования материала осадков очистки природных вот от железа (отходов станций водоподготовки) для извлечения нефти из водных сред. На примере осадков обезжелезивания артезианской воды водозабора Томского Академгородка показана высокая адсорбционная способность названных материалов по нефти. Исследована нефтепоглощающая способность исходных осадков; подобраны условия их термической обработки изучена способность термически активированных осадков извлекать нефть их водных сред.